Керноотборочные турбодолота и снаряды для отбора керна забойными двигателями.

Керноотборное турбодолото КТДЗ ранее выпускалось в пяти размерах. В настоящее время выпускается только КТДЗ-240. Основные пара­метры турбодолот КТДЗ приведены в табл. 8. Конструкция турбодолота КТДЗ-240 изображена на рис. 41.

Турбо до лото КТДЗ-240 является односекционным турбобуров с полым ва­лом [45] С турбодолотом используют бурильные головки 1В-К269СТ или 1В-К295СТ, выбуривающие керн диамет­ром 47 мм. Внутри вала размещен съем­ный керноприемник ГР-73 с кернорвателем Р16. Керноприемник верхней голов­кой садится на седло, неподвижно закреп­ленное в корпусе турбодолота.

Турбина керноотборного турбо до ло­та КТДЗ-240 - реактивная осевая с про­филированными про­филированными лопатками. Резинометаллическая пята установлена в нижней час­ти турбодолота. Ротор в статоре центри­руют обрезиненные радиальные опоры. Характеристика турбодолота КТДЗ-240 при работе на глинистом растворе плот­ностью 1,2 г/см приведена в табл. 9.

Параметры керноотборного турбодолота	КТДЗ-127- 145/25	КТДЗ-172- 190/33	КТДЗ-190- 214/35	КТД-215- 243/48	КТДЗ-240- 269/48
Длина (без бу­	6940	7970^25	7981 + 25	7495+ 25	7543
рильной голов­
ки), мм					*
Наружный диа­	127	172	190	212	235
метр, мм
Число ступеней	120	96	94	79	100
турбины
Длина кернопри­
емника, мм:
наибольшая	6615	7626	7225	6992	6992
наименьшая	-	7476	-	6842	6842
Наружный диа­	45	65	65	85	85
метр кернопри­
емника, мм
Диаметр керно-
вой трубы, мм:
наружный	38	53	53	73	73
внутренний	30	41	41	58	58
Длина кернопри-,	3050	3050	3495	3217	3217
емной части,
мм
Диаметр керна,	25	33	35	48	48
мм
Диаметр буриль­	145	190, 214	213, 243	243, 269	269, 295,
ной головки, мм					346
Масса турбодолота 504		994	1328	1375	1671
(без бурильной
головки), кг

Таблица 8.

Многолетний опыт применения керноотборных турбодолот типа КТДЗ- пока­зал, что их характеризуют следующие недостатки: а) маленький диаметр керна; б) недостаточная мощность; в) вибрация керноприемника и разворот резьбовых соединений.

Указанные недостатки не позволяют получать турбодолотами КТДЗ высокий вынос керна диаметром 25; 33 и 35 мм.

Рис. 41. Керноотборное турбодолото КТДЗ-240.

1 – вал; 2 – втулка нижней опоры; 3 – втулка упора; 4 – упор; 5 – ротор; 6 – статор; 7 – втулка средней опоры; 8 – средняя опора; 9 – регулировочное кольцо; 10 – диск пяты; 11 – кольцо пяты; 12 – подпятник; 13 – роторная гайка; 14 – колпак; 15 – контргайка; 16 – корпус; 17 – кольцо корпуса; 18 – опора керноприемника; 19 – верхняя упорная втулка; 20 – переводник корпуса; 21 – ниппель; 22 – переводник вала; 23 – керноприемник.

Керноотборное турбодолото КТД4 отличается от турбодолота КТДЗ повышенным крутящим моментом, уве­личенным диаметром керна, усиленной и по-новому расположенной пятой, нали­чием плавающего кернорвателя [35]. Керноотборное турбодолото КТД4 ранее выпускалось в четырех размерах. В на­стоящее время оно используется многи­ми буровыми предприятиями.

Основные параметры турбодолот КТД4 приведены в табл. 10, а характе­ристики — в табл. 9. Устройство КТД4- 196-214/60 показано на рис. 42.

Предназначено керноотборное турбо­долото КТД4-196-214/60 для отбора керна диаметром 60 мм из скважин диаметром 214 мм.

Керноотборное	Расход	Частота	Крутящий	Мощ­	Перепад
турбодолото	жидкости	вращения,	момент,	ность,	давления,
	л/с	об/мин	кгс- м	л* с	кгс/см 2
КТДЗ-127-145/25	8	585	12,5	10,2	20,7
	10	735	19,5	20,0	32,5
	12	880	27,7	34,0	46,7
КТДЗ-172-190/33	25	556	54,4	42,6	25,7
	28	623	68,3	59,4	32,2
	30	667	78,7	72,7	37,1
	32	712	89,0	89,0	42,6
	35	780	108,7	117,3	51,0
	40	890	139,6	174,6	66,3
КТДЗ-190-214/35	25	576	63,5	52,1	29,3
	28	645	81,3	73,0	36,2
	30	690	93,2	89,5	42,3
	32	515	82,0	59,0	24,4
	35	565	98,0	77,5	29,4
К Т ДЗ-215-243/48	32	515	82,0	59,0	24,4
	35	565	98,0	77,5	29,5
	38	615	114,5	98,0	33,7
	40	645	128,0	115,0	38,5
	42	680	130,0	132,5	42,5
	45	725	161,0	162,5	48,7
К Т ДЗ-240-269/48	30	422	90,6	53,0	19,0
	35	492	129,8	84,5	26,0
	40	562	159,2	128,0	33,5
	45	632	204,5	180,0	43,0
	50	701	254,0	245,0	53,0
	55	772	305,0	324,0	64,0
КТД4-164-190/40	20	519	73,6	54,4	40,0
	22	571	89,6	72,0	49,6
	24	623	105,6	91,2	57,6
	26	675	124,8	116,8	68,8
	28	727	144,0	139,2	80,0
КТД4-172-190/48	22	490	91,0	57,0	40,0
	24	535	100,0	74,0	47,5
	26	580	112,0	94,0	55,0
	28	625	137,0	119,0	65,0
КТД4-186-214/60	22	500	113,0	79,0	60,0
	24	545	134,4	102,5	71,3
	26	590	157,7	130,3	83,7
	28	636	182,9	162,7	97,1
	30	681	210,0	200,0	111,5

Таблица 9.

Продолжение табл. 9

Керноотборное турбодолото	Расход жидкости, л/с	Частота вращения, об/мин	Крутящий момент, кгс- м	Мощ­ность, л/с	Перепад давления, р кгс/см2
КТД4-195-214/60	20	480	98,0	65,5	41,0
	22	528	118,0	86,5	49,0
	24	575	140,0	112,5	58,0
	26	623	163,5	142,5	68,0
	28	672
КТД4С-172-190/40	22-28	490-625	188-282	118-245	83,5-134
КТД4С-195-214/80	28-36	464-580	145-238	114-242	66-108 ■

Таблица 10

Параметры керноотборного турбодолота	КТД4-164- 190/40	КТД4-172- 190/48	КТД4-186- 214/60	КТД4-196- 214/60
Длина (без бурильной	12 590*	9200+25	14 100*+ 25	10 100± 25
головки), мм
Наружный диаметр, мм	164	172	186	196
Число ступеней турбины	175	135	187	159
Длина керноприемника,
мм:
наибольшая	8510	8580	9610	9610
наименьшая	8360	8430	9460	9460
Наружный диаметр кер­	68	79	95	95
ноприемника, мм
Диаметр керновой тру­
бы, мм:
наружный	60	73	83	83
внутренний	48	58	70	70
Длина керноприемной	3852	4010	4487	4487
части, мм
Диаметр керна, мм	40	48	60	60
Диаметр бурильной го­	190	190	214	214
ловки, мм
Масса турбодолота (без	1130	1130	1732	1610
бурильной головки),
кг

* Длина турбодолота со шламоуловителем

С турбодолотами КТД4 применяют регулируемые керноприемники типа РГ с кернорвателями Р16М2 или Р19. Данные кернорватели выпускают под керн диаметром 33; 40; 48 и 60 мм. Устройство регулируемого керноприем­ника РГ показано на рис. 43.

Рис. 42. Керноотборное турбодопото КТД4-196-214/60.

1 — вал; 2, 3 — установочные кольца; 4 — подпятник; 5 — наружное кольцо пяты; 6 — кольцо пяты; 7 — диск пяты; 8, 10, 12, 17, 25 — втулки; 9 — нижняя опора; 11 — нип­пель; 13 — регулировочный диск; 14 — пере­водник вала; 15 — корпус пяты; 16 — регу­лировочное кольцо турбины; 18 — средняя опора; 19 — ротор; 20 — статор; 21 — ротор­ная гайка; 22 — колпак; 23 — контргайка; 24 — корпус; 26 — опора керноприемника; 27 — переводник; 28 — керноприемник.

Кернорватель Р16М2 рычажковый плавающий. Рычажков шесть: три корот­ких — для твердых пород, три длинных — для мягких пород и полного перекрытия проходного сечения. Кернорватель зак­лючен в резиновую манжету, которая служит подшипником и прижимает ры­чажки к керну как пружина. Такая кон­струкция кернорвателя позволяет избе­жать разрушения керна при проворотах керноприемника вместе с турбодолотом. Кернорватель Р19 обычный; он имеет три коротких и три длинных рычажка.

Более совершенная конструкция турбодолот КТД4, а также возможность применения для отбора керна буриль­ных головок 1В-К, 2В-К, алмазных го­ловок позволили существенно повысить процент выноса керна при турбинном способе бурения.

В настоящее время производственное объединение "Турбобур" выпускает керноотборные турбодолота КТД4 в секционном исполнении. В серийном про­изводстве находятся турбодолота КТД4С-172-190/40 и КТД4С-195-214/60-80.

Характеристики секционных турбодолот приведены в табл. 9. Из табл. 9 следует, что они имеют повышенные крутящие моменты и мощность. Более совершенные энергетические характеристики секционных турбодолот позволя­ют эффективно отбирать керн в скважинах глубиной свыше 3500 м.

Секционное турбодолото КТД4С-195-214/60-80 предназначено для отбора керна в скважинах диаметром 214 мм. При отборе керна диаметром 60 мм используют съемный керноприемник. Для отбора керна диаметром 80 мм служит несъемный керноприемник. Для это­го к валу шпинделя приворачивают корот­кую керновую наставку с пружинным уз­лом и компоновкой кернорвателей. В ком­поновку входят рычажковый и цанговый кернорватели. Длина керноприемной по­лости составляет 25 ООО мм.

Керноотборное турбодолото КТД4С- 195-214/60-80 состоит из трех секций и шпинделя с полыми валами. Шпиндель имеет осевую опору из 30 резинометаллических подпятников. В каждой секции размещено по 105 реактивно-осевых тур­бин с профилированными лопатками. Сек­ции унифицированы и соединены между собой со шпинделем конусными резьбами и конусно-шлицевыми муфтами.

Рис. 43. Керноприемник РГ для КТД4.

1 — наконечник; 2 — предохранительный штифт; 3, 8 — шплинты; 4 — верхняя керновая труба; 5 — корпус клапана; 6 — шар; 7 — седло; 9 — нижняя керновая труба; 10 — пере­водник; 11 — кернорватель.

При отборе керна диаметром 80 мм секционным турбодолотом КТДС-195-214/ /60-80 применяют бурильные головки 6В-К, 17В-К, 21В-К, КУК и алмазные. Керн диаметром 60 мм отбирают бурильными головками 2В-К и алмазными.

Бурильные головки 2В-К созданы во ВНИИБТ. Они все больше вытесняют бурильную головку 1В-К. Серийно выпус­кают бурильные головки: 2В-К190/40СТ, 2В-К190/40ТКЗ, 2В-К214/60СТ, 2В-К214/ /60ТКЗ. Новые бурильные головки проходили промышленные испытания под шифром 1Н-К. Конструкция бурильной го­ловки 1Н-К190/40ТКЗ показана на рис. 44.

Рис. 44. Бурильная головка 1Н-К190/ 40ТКЗ.

1 — секция корпуса; 2 — шарошки; 3 — шарик диаметром 5x12; 4— палец; 5, 7 — штифты; б — шарик диаметром 11, 113 мм; 8 — втулка бурильной го­ловки

Бурильные головки 2В-К отличаются от бурильных головок 1В-К по сле­дующим параметрам: а) диаметр керна с 33 мм увеличен до 40 и 60 мм; б) во­оружение шарошек выполнено из твердосплавных клиновых зубьев (у СТ в со­четании с фрезерованными) и рассчитано на все типы горных пород, начиная от средних; в) опора шарошек усилена; г) керноприем приближен к забою; д) керн отрывается и удерживается компоновкой из рычажкового и цангового кернорвателей.

Практика применения бурильных головок 2В-К190/40СТ и ТКЗ на разве­дочных площадях объединения Пермнефть показала существенное повышение показателей. Вынос керна достиг 50 —60 % и более против 35 — 42 % при ис­пользовании бурильных головок 1В-К. Проходка на бурильную головку 2В-К возросла в 1,1 — 2 раза при увеличении механической скорости бурения до 40 %.

При отборе керна на Ромашкинском месторождении в Татарии бурильные головки 2В-К214/60СТ и ТКЗ применяют с керноотборными снарядами "Нед­ра" и ДКНУ [42]. В качестве привода используют турбобуры А7Н4С-195, ЗТСШ-195 и ротор. Вынос керна достигает 61,2 %.

С целью реализации преимуществ бурильных головок для отбора керна увеличенного диаметра ведутся работы по созданию керноотборных снарядов и устройств, совмещенных с мощными забойными двигателями. Такие снаря­ды особенно необходимы при отборе керна в скважинах глубиной больше 3000 — 3500 м. Рассмотрим несколько таких снарядов.

Шпиндель универсальный керноотборный ШУК разработан во ВНИИБТ. Выпущена опытная партия ШУК-164-190/80 и ШУК-195-214/80 [38]. На рис. 45 показана конструкция ШУК-164-190/80.

Шпиндель универсальный керноотборный предназначен для отбора керна диаметром 80 мм в скважинах диаметром 190 и 214 мм. Его применяют с любым забойным двигателем (турбобур, электробур, винтовой объемный дви­гатель).

Шпиндель ШУК-164-190/80 представляет собой секцию диаметром 164 мм, длиной 6682 мм; длина керноприемной полости 5500 мм. Состоит ШУК из невращающейся и вращающейся систем. В невращающуюся систему входят при­соединительный переводник, корпус, ниппель. Вращающаяся система верхним переводником соединяется с валом забойного двигателя. Она включает в себя верхний и нижний полые валы, керновую трубу, гильзу, кожух, наставку и переводник.

Нижний вал квадратный и имеет фиксатор для ограничения перемещения вращающейся системы из невращающейся. На нижний вал надета гильза, ко­торая вращается в ниппеле. Внизу гильза соединена через кожух с наставкой, навернутой на конец нижнего вала. В наставку завернута короткая керновая труба с пружинным узлом и компоновкой из рычажкового и шлипсового керно­рвателей. Пружинный узел позволяет автоматически регулировать вылет ком­поновки кернорвателей.

Осевое перемещение вращающейся системы из невращающейся 600 мм, что дает возможность присоединять ШУК без регулировки к любому забойному двигателю. ШУК может применяться с эжекторным устройством или обратным клапаном. В керноприемнике керноотборного шпинделя помещается керноотметчик.

ШУК имеет преимущества перед керноотборными турбодолотами и снаря­дами, соединенными с забойными двигателями. Он отбирает керн увеличенно­го диаметра гаммой новых бурильных головок мощным забойным двигателем, позволяет снизить эксплуатационные затраты, упростить и ускорить сборку за счет автоматической регулировки длины керноприемника. Небольшой вылет вращающейся части из ниппеля сокращает поперечные колебания бурильной головки, в результате чего снижается возможность осложнений при бурении.

Промышленные испытания ШУК в размерах 164 и 195 мм в Литовской ССР и объединении Нижневолжскнефть показали, что вынос керна в этом случае такой же, как при отборе снарядом "Недра" роторным способом бурения. Ме­ханическая скорость бурения существенно повысилась [38].

Керноотборный снаряд "Мантия" КДМ-195-214/60 создан во ВНИИБТ для отбора керна диаметром 60 мм в глубоких скважинах диаметром 214 мм из твердых и крепких абразивных горных пород.

При создании снаряда "Мантия" учтены тенденции:

а) исключить влияние вибрации и износа инструмента на эффективность отбора керна; б) исключить самозаклинивание керна и зашламование керно­приемника; в) сохранить вертикальность скважины.

Керноотборный снаряд КДМ-195-214/60 состоит из шестиметровых секций наружным диаметром 195 мм. Число секций берут исходя из возможной проход­ки на бурильную головку и длины поднимаемого керна. В снаряде установлены одношарошечные расширители РОП-9В, имеющие двухрядную шаровую опору и рабочую поверхность шарошки, армированную твердосплавными штырями. Диаметр расширителя равен диаметру бурильной головки. Шарошка перемеща­ется по стенке скважины практически в условиях чистого качения.

Керноприемник снаряда "Мантия" состоит из керновых труб, соответству­ющих длине секций, и вращается вместе с корпусом. Соединение керновых труб телескопическое с пружиной, что обеспечивает автоматическое регули­рование длины керноотборника. Между керновыми трубами установлены про­межуточные кернодержатели-кернорватели. Нижний кернорватель с керноприемником не соединен; он установлен на шаровой опоре и может вертикально перемещаться. Это позволяет запускать забойный двигатель без отрыва от забоя.

В разгерметизированных телескопических соединениях керноприемника имеются дренажные устройства, позволяющие создавать частичную обратную промывку в полости керноприемника. Для предотвращения заклинки керна за счет увеличения его диаметра к концу рейса керновые трубы по направлению к забою выполняют с увеличивающимся внутренним диаметром. Применяют керноотборный снаряд КДМ-195-214/60 с бурильными головками 2В-К, имею­щими твердосплавное вооружение и минимальное скольжение по забою.

Применение толстостенных труб для корпусов снаряда и полноразмерных расширителей позволяет при бурении керноотборным снарядом "Мантия" ис­пользовать эффект маховых масс- Снаряд КДМ-195-214/60, благодаря указан­ной установке, позволяет сохранять вертикальность ствола скважины.

Снаряд "Мантия" успешно прошел испытания в экспериментальной сква­жине УкрНИИПНД и разведочных скважинах трестов Крымнефтегазразведка, Ярославнефтегазразведка [12]. Этот снаряд перспективен для отбора керна в глубоких скважинах.

Керноотборный снаряд магазинного типа МАГ-195-214/60 разработан во ВНИИБТ для отбора керна из трещиноватых пород, склонных к разрушению и самозаклиниванию [11]. Вращение снаряда предусмотрено как ротором, так и забойным двигателем.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГ-195-214/60

Керноотборочные инструменты, вспомогательные приспособления и устройства контроля отбора керна. 1

Керноотборные снаряды для роторного способа бурения. 1

Керноотборочные турбодолота и снаряды для отбора керна забойными двигателями. 20

Вспомогательные приспособления для работы с керноотборными инструментами. 31

Устройства для контроля отбора керна. 34

Керноотборные устройства для отбора образцов пород из стенок скважины. 37

Принципиальная схема снаряда изображена на рис. 46, а работает он по принципу разделения потока промывочной жидкости, часть которой поднимает кусочки керна в магазинную полость- Разделение потока промывочной жидко­сти осуществляется промывочными отверстиями в переводнике и бурильной головке. Исследованиями 0.Ю. Бергштейна и М.И. Ворожбитова (1979 г.) установлено, что для подъема керна диаметром 60 мм в магазин достаточно расхода потока 1,3 л/с.

Рис. 46. Керноотбор­ный снаряд магазин­ного типа.

Опыт применения МАГ-195-214/60 в скважине трес­та Львовнефтегазразведка Залужаны-ЗО для отбора кер­на глубже 3500 м из трещиноватых, слабосцементированных отложений показал, что вынос керна достигал здесь выше 80 %.

При отборе керна этим снарядом с бурильной голов­кой 2В-К214/60ТКЗ при применении винтового двигате­ля Д2-172М и турбобура А7Н4С на глубинах больше 7000 м в кристаллических породах вынос керна составил 95 %, в среднем 63,2 %. Проходка за рейс составила око­ло 8 м.

1 — корпус; 2 — пере­водник; 3 — буриль­ная головка; 4 — нижняя кернонаправляющая труба; 5 — кернолом; б — керно­рватель; 7 — верх­няя кернонаправляющая труба; 8 — нижняя перегородка; 9 — верхняя перего­родка; 10 — промы­вочная труба.